超全面的芯片百寶箱，十種最常見(jiàn)的芯片產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)

　　芯片作為一種最常見(jiàn)的產(chǎn)品，廣泛應用于生活的方方面面，隨著(zhù)國家對芯片產(chǎn)業(yè)的重視加強，越來(lái)越多的中國芯片企業(yè)開(kāi)始在全球市場(chǎng)上嶄露頭角。芯片并非千篇一律，目前廣泛應用的芯片有近百種，常見(jiàn)的也很多，比如下面的十種芯片，它們的產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)是什么，一起來(lái)學(xué)習下吧!

　　一、ADC芯片產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)

　　目前ADC芯片主要的供應商是德州儀器、亞德諾等公司，中國是全球最主要的ADC芯片需求方，但是國內能造出高精度的ADC芯片企業(yè)微乎其微，即便造出來(lái)了，性能和價(jià)格也無(wú)法跟上市場(chǎng)的節奏?？梢赃@么說(shuō)，在核心的ADC芯片供給率上，國產(chǎn)占有率幾乎為零。

　　芯片有幾千種，ADC芯片就是最難造的幾種之一。ADC也叫模數轉換器，是指將連續變化的模擬信號轉換為離散的數字信號的器件。真實(shí)世界的模擬信號，例如溫度、壓力、聲音或者圖像等，需要轉換成更容易儲存、處理和發(fā)射的數字形式。模/數轉換器可以實(shí)現這個(gè)功能，在各種不同的產(chǎn)品中都可以找到它的身影，在實(shí)際應用中，為了實(shí)現微型化，通常做成ADC芯片。

　　造芯片是非常精密的工藝，通常芯片單位為納米，一納米也就是十萬(wàn)分之一毫米，這對設計、制造工藝都有非常嚴格、高標準的要求。僅從產(chǎn)品種類(lèi)來(lái)說(shuō)，芯片的種類(lèi)就有幾十種大門(mén)類(lèi)，上千種小門(mén)類(lèi)，如果涉及設備流程的話(huà)就更多了。以通信基站為例，里面有上百顆芯片，基站發(fā)射回收信號，收回信號后首先要有芯片濾波;然后還有芯片將這種特別小的信號放大;再有芯片進(jìn)行解析、處理;然后是芯片負責傳輸、分發(fā)等等，每個(gè)過(guò)程都需要芯片處理。

　　由于系統的實(shí)際對象往往都是一些溫度、壓力、位移、圖像等模擬信號，要使計算機或數字產(chǎn)品等能識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉換成數字信號，這就需要ADC。而經(jīng)計算機分析、處理后輸出的數字量也往往需要將其轉換為相應模擬信號才能為執行機構所接受。

　　據相關(guān)數據顯示，2017年ADC芯片銷(xiāo)售額為545億美元，預計到2022年，全球ADC芯片市場(chǎng)規?？蛇_748億美元，市場(chǎng)前景非?？捎^(guān)。未來(lái)幾年支撐ADC芯片增長(cháng)的主要驅動(dòng)力是5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車(chē)電子等新興應用，這些相關(guān)的產(chǎn)品或技術(shù)對信號處理的需求大漲。

　　高精度的ADC芯片難造，目前幾乎一半的電子產(chǎn)品中，都有ADC芯片，隨著(zhù)客戶(hù)對電子產(chǎn)品信號要求越來(lái)越高，高精度的ADC芯片成市場(chǎng)剛需。全球能生產(chǎn)出高性?xún)r(jià)比的高精度的ADC芯片的企業(yè)不到十家，而又以美國企業(yè)為主。一款好的ADC芯片體現在高精度、低功耗、轉換效率等指標上，目前制造ADC芯片的溫度傳感器和高精度振蕩器非常緊缺，這也是國內企業(yè)的一大痛點(diǎn)。

　　除此之外，隨著(zhù)全球微型化工藝的進(jìn)步，ADC芯片在尺寸上越來(lái)越小;同時(shí)客戶(hù)對芯片的耐操性逐漸提升，這要求芯片在選型上更加精確，這給芯片的通道選擇、PGA選擇、輸出速率等選擇上增加了很大的難度，對于初創(chuàng )企業(yè)而言，進(jìn)軍ADC芯片就是一個(gè)不斷挑戰的“巨坑”。

　　ADC芯片產(chǎn)業(yè)更新?lián)Q代快，芯片產(chǎn)業(yè)遵循摩爾定律，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔18-24個(gè)月便會(huì )增加一倍，性能也將提升一倍，也就是每一美元所能買(mǎi)到的電腦性能，將每隔18-24個(gè)月增加一倍。ADC芯片產(chǎn)業(yè)比普通的芯片更新迭代更快。據悉，全球ADC芯片行業(yè)大致以4-6年為一個(gè)周期，更新的速度與宏觀(guān)經(jīng)濟、下游應用需求及自身產(chǎn)能庫存等因素密切相關(guān)，電子產(chǎn)品更新快，那么ADC芯片性能必然也快。

　　ADC芯片生產(chǎn)工序多，芯片制造本來(lái)涉及的工藝多，幾千道工序想想就可怕。ADC芯片相對于普通芯片，生產(chǎn)的工序非常復雜。ADC芯片一般包含操作寄存器、中斷寄存器、轉換存儲控制器，在工藝制造過(guò)程中，ADC芯片有一個(gè)步驟需要消除ADC發(fā)泡劑工序產(chǎn)生的酸霧和雜質(zhì)，這樣才能保住轉換信號的精度，在制造上，對機器和環(huán)境的要求頗高。

　　二、硅光芯片產(chǎn)業(yè)

　　硅光芯片是光子芯片中最常見(jiàn)的一種，這種芯片利用的是半導體發(fā)光技術(shù)。2016 年，科學(xué)家們提出了一種使用光子代替電子為理論基礎的計算芯片架構，由于光和透鏡的交互作用過(guò)程本身就是一種復雜的計算，并使用多光束干涉技術(shù)，就可讓相關(guān)系尋反應所需要的計算結果，這種芯片架構也叫可程序設計納米光子處理器。

　　近日，有媒體報道，我國自行研制成功的“100G硅光收發(fā)芯片”正式投產(chǎn)使用。據OFweek電子工程網(wǎng)獲悉，這款硅光芯片面積不到30平方毫米，但是上面集成了光發(fā)送、調制、接收等六十多個(gè)有源和無(wú)源光元件，是目前國際上已報道的集成度最高的商用硅光子集成芯片之一。

　　能取得這樣的成績(jì)并不驚訝，因為我國對硅光芯片產(chǎn)業(yè)非常重視。一方面是由于我國是通訊大國，通訊技術(shù)是衡量大國的關(guān)鍵指標之一，而光通信最關(guān)鍵的技術(shù)就是光子芯片;另一方面是我國電子芯片產(chǎn)業(yè)相對薄弱，全球光子芯片產(chǎn)業(yè)剛剛起步，對于我們并肩歐美甚至趕超，這是一個(gè)很好的超車(chē)機遇。

　　我們要想真正在硅光芯片上成為全球的領(lǐng)導者，不是砸點(diǎn)資金和人力就可以實(shí)現。因為目前美國、日本在這個(gè)產(chǎn)業(yè)上也投入了重金和精力，中國的優(yōu)勢并不明顯，甚至有點(diǎn)落后。目前，國內僅有光迅科技、海信、華為、烽火等少數廠(chǎng)商可以生產(chǎn)中高端芯片，但總體供貨有限，高端芯片嚴重依賴(lài)于博通、三菱等美日公司。

　　硅光芯片發(fā)展的技術(shù)難題有很多。包括硅光子芯片技術(shù)的設計痛點(diǎn)，硅光芯片的設計方面面臨著(zhù)架構不完善、體積和性能平衡等難題。硅光芯片的設計方案有三大主流：前端集成、混合集成和后端集成。前端集成的缺點(diǎn)是面積利用率不高、SOI襯底光/電不兼容、靈活性低和波導掩埋等，在工藝上的成本超高;后端集成在制造方面難度很大，尤其是波導制備目前而言很有挑戰;至于混合集成，雖然工藝靈活，但成本較高，設計難度大。

　　硅光子芯片技術(shù)的制造難題，硅光芯片的制造工藝面臨著(zhù)自動(dòng)化程度低、產(chǎn)業(yè)標準不統一、設備緊缺等技術(shù)難關(guān)。由于光波長(cháng)難以壓縮，過(guò)長(cháng)的波長(cháng)限制芯片體積微縮的可能。同時(shí)光學(xué)裝置須要更精確的做工，因為光束傳輸的些微偏差會(huì )造成巨大的問(wèn)題，相對需要高技術(shù)及高成本。光子芯片相關(guān)的制程技術(shù)尚有待完善，良品率和成本將是考驗產(chǎn)業(yè)的一大難題。

　　硅光子芯片面臨的封裝困擾，芯片封裝是任何芯片的必經(jīng)流程，關(guān)于硅光子的芯片封裝問(wèn)題，這是目前行業(yè)的一大痛點(diǎn)。硅光芯片的封裝主要分為兩個(gè)部分，一部分是光學(xué)部分的封裝，一部分是電學(xué)部分的封裝。從光學(xué)封裝角度來(lái)說(shuō)，因為硅光芯片所采用的光的波長(cháng)非常的小，跟光纖存在著(zhù)不匹配的問(wèn)題，與激光器也存在著(zhù)同樣的問(wèn)題;不匹配的問(wèn)題就會(huì )導致耦合損耗比較大，這是硅光芯片封裝與傳統封裝相比最大的區別。用硅光做高速的器件，隨著(zhù)性能的不斷提升，pin的密度將會(huì )大幅度增加，這也會(huì )為封裝帶來(lái)很大的挑戰。

　　產(chǎn)業(yè)相關(guān)的器件難題，硅光芯片需要的器件很多，而目前仍有很多相關(guān)技術(shù)難題未解決。如硅基光波導主要面臨的產(chǎn)品化問(wèn)題：硅基光電子需要小尺寸、大帶寬、低功耗的調制器。有源光芯片、器件與光模塊產(chǎn)品是重點(diǎn)器件，如陶瓷套管/插芯、光收發(fā)接口等組件技術(shù)目前尚未完全掌握。

　　在摩爾定律的推動(dòng)下，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電子芯片逐漸遇到性能瓶頸，尤其是速度與大數據帶來(lái)的巨大壓力。光子芯片具有明顯的速度優(yōu)勢，可使芯片運算速度得到巨大提升。伴隨著(zhù)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，光子芯片在智能終端、大數據、超算等領(lǐng)域將發(fā)揮巨大作用。正是有著(zhù)如此多的優(yōu)勢和特點(diǎn)，在大數據、生命科學(xué)、激光武器等高端領(lǐng)域其作用不可替代。未來(lái)，光子芯片的前景廣闊，其應用未必比電子芯片少?？梢灶A見(jiàn)的是， 將來(lái)是一個(gè)光子芯片、電子芯片平分天下的局面。